“工業(yè)品”VS.“老舊房”
——以衛(wèi)生間為例探索產業(yè)化部品應用于既有多層住宅的分戶改造設計

朱寧 姜涌 王強 劉明正/ ZHU Ning, JIANG Yong, WANG Qiang, LIU Mingzheng

“工業(yè)品”VS.“老舊房”
——以衛(wèi)生間為例探索產業(yè)化部品應用于既有多層住宅的分戶改造設計

朱寧 姜涌 王強 劉明正/ ZHU Ning, JIANG Yong, WANG Qiang, LIU Mingzheng

1970年代至2000年之前批量建設的既有多層居住建筑，其存量大、區(qū)位好、標準化程度高，由于存在功能缺失、構件劣化、維護不便等主要問題，其居住品質亟待提升。而隨著產業(yè)化建筑部品在新建建筑中的推廣，其顯示出品質高、施工快速、標準化程度高的優(yōu)勢，這種優(yōu)勢對應既有多層居住建筑標準化的戶型，具備相當的應用前景。本文以衛(wèi)生間為例，從其改造需求出發(fā)，將同層排水系統、整體衛(wèi)浴部品與既有衛(wèi)生間條件進行對接，從布局、構件、連接、細部等方面，探索產業(yè)化建筑部品應用于既有多層居住建筑分戶改造的設計方法。隨著城鄉(xiāng)建設模式正在從粗放型增量建設逐步向精明型存量建設轉型，部品尺度的分戶改造將以其更靈活的優(yōu)勢，顯示出其在改造項目中的市場潛力。

既有住宅改造 衛(wèi)生間 建筑部品 裝配化 構造設計

1 背景：既有多層居住建筑特征

本文以建設于1970年代至2000年之間的既有多層居住建筑為主要研究對象。按城鎮(zhèn)人均住房面積靜態(tài)推算，在全國范圍內其存量約有80億m2（王健，2015）。該年代建設的住宅在區(qū)位、維護方面的主要特征如下。

1.1 區(qū)位

在規(guī)劃方面，區(qū)位好、配套全，但由于社區(qū)成熟，難以進行大規(guī)模拆改。以北京二環(huán)內住宅類型建筑為例，多層磚混結構住宅所占的比例相當可觀（表1、2）。

1.2 設計

在設計方面，戶型的空間組織相似，同一戶型量大面廣，但由于當年建設標準的限制，空間局促，面積標準低。

表1 研究對象在北京二環(huán)內所占比例

1.2.1 結構布局難改變

對比日本同年代采用SI體系（S－骨架，I－填充）建造的多層住宅（圖1），我國多層住宅多采用磚混結構承重墻/剪力墻的方式建造，在維持結構體系不變的前提下，進行空間重組的可能性極小。因此，若住宅權屬不發(fā)生改變，則戶型的面積、布局很難有根本性的調整。目前，既有住宅條件改善局限于整體外保溫等整體性、外圍性的節(jié)能改造，在不搬遷住戶的前提下，深入到戶內進行基礎設施條件更新的技術手段極少。

1.2.2 配置標準低

以衛(wèi)生間為例，這個年代建設的住宅衛(wèi)生間面積小，潔具不全，排水口數量也不足。以1974年所建住宅的典型戶型為例（圖2），衛(wèi)生間凈面積僅1.36m2，原設計有蹲便器1個（居民已將其更換為坐便器）、用以涮墩布的水龍頭1個、地漏1個；沒有專門的淋浴空間，甚至沒有配置洗臉盆及排水口。

1.3 維護

在技術方面，采用標準化構造節(jié)點圖集，標準化高，但在數十年的使用中，出現問題的部位相似，問題非常普遍。

1.3.1 構件劣化嚴重

排水設備管線的老化部分主要是主管道部分，如主立管、主橫管、蹲便器排水支管等（圖3），這些部位在大部分既有住宅中已經維持了40年左右，遠超過其預期使用壽命，但在房屋住戶不更替的情況下，很難進行整體更換。尤其是排水主橫管，室內的橫管是樓上用戶使用的，一般住戶不會進行更換，但這往往是發(fā)生管理維修問題和鄰里糾紛的“導火索”。

表2 北京市內與研究對象類似的既有住宅小區(qū)基本情況

圖1 中、日多層住宅結構體系的差異示例（日本都市再生機構，2013）

1.3.2 維修難度較大

下層排水體系在既有住宅中所造成的糾紛，主要發(fā)生在樓上住戶維修主橫管引起漏水的時候，漏水可能損壞樓下住戶的電器電路，而維修會破壞吊頂甚至其他電器，“雙重打擊”使得樓下住戶不配合維修，往往會要求樓上住戶或管理修繕部門免費維修或賠償。

圖2 “1974年建成住宅的典型戶型”廚衛(wèi)平面布局（清華大學校務組，1974）和衛(wèi)生間改造前實景

圖3 排水管道劣化狀況

表3 衛(wèi)生間改造前后布局對比與實景照片

圖4 同層排水（紅色）與整體衛(wèi)?。ê谏┫到y應用于住宅改造示意

綜上，1970年代至2000年期間批量建設的既有多層居住建筑存量大、區(qū)位好、標準化程度高，但存在功能缺失、構件劣化、維護不便等問題，居住品質亟待提升。大拆大建或整體改造的模式非地方政府或開發(fā)企業(yè)所能負擔，而外圍結構節(jié)能改造等方式也無法提升戶內的基礎設施條件。

本文考慮采用分戶精細化的手段進行功能提升，以衛(wèi)生間為例，從其改造需求出發(fā)，將同層排水系統、整體衛(wèi)浴部品與既有衛(wèi)生間條件進行對接，從布局、構件、連接、細部等方面，探索產業(yè)化建筑部品應用于既有多層居住建筑分戶改造的設計方法。同時通過施工落地，反饋設計方法中的進步與不足。

2 同層排水改造設計

同層排水系統通常應用于近年來的新建住宅中，其優(yōu)勢是權屬清晰，能夠在不干擾下層正常生活的情況下檢查維修。對于解決本文改造對象衛(wèi)生間標準低、布局不合理等問題，徹底改變其原有布局，同層排水系統發(fā)揮了不可代替的作用。改造設計的重點是如何將多用于新建住宅中的系統移植到既有住宅中，如何使之與既有住宅的主干管道連接，以及如何落實改造施工（圖4）。

2.1 布局設計

部分既有住宅衛(wèi)生間的原有布局已不適應當前居住水平，表3所示戶型的衛(wèi)生間為上文提到的衛(wèi)生間形式，其功能性、衛(wèi)生性、私密性均已不適應現代生活，應對所有潔具位置做全盤調整。同層排水體系為重新布局提供了可能性。

同時，對于潔具數量不全（意味著排水條件亦不完善）的衛(wèi)生間，同層排水還提供了增設排水口的可能性，即增加了潔具安裝的數量。

2.2 排水構件與連接設計

將同層排水系統移植到既有住宅的改造中，最大的難點是如何與既有管道連接，且在改造過程中不影響上下層的正常生活。改造后的同層排水主干立管需要同時實現3個功能：（1）代替原有劣化生銹管道，承插上下層立管；（2）匯總所有新設同層排水的水平支管，使排水通暢；（3）由于在較早的戶型設計中，廚房與衛(wèi)生間通常使用同一個排水立管，改造后需要盡量避免衛(wèi)生間的排水反溢，以免污染廚房排水口。

圖5 旋流器及其連接示意（姜涌，朱寧 等，2015）

圖6 完全同層排水立管改造連接大樣、實地連接情況

表4 各潔具管徑、標高、坡度以及相關設計說明

為了同時解決以上問題，與排水管件廠家共同設計研發(fā)了立管管件及其與既有管道的連接方式，其中最關鍵的管件是可同時實現匯水、承插、防反溢功能的旋流器（圖5）。旋流器原本的功能是匯水、加速排水、防水錘噪聲，經過接口改造，可向下插入原有立管管根。實驗證明，坐便器所排出的污水并不會反溢到廚房支管，且在旋流360°之后，其水平位置低于地漏排水口的高度，不會發(fā)生倒灌。

另外，排水管材采用高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）材料取代常規(guī)的PVC-U材料，原因有兩點：

（1）HDPE管件以熱熔管箍的方式連接，采用焊機自動焊接，相比于PVC管件使用的手工粘接的方式，前者連接工藝不受施工人員手藝的影響，質量可靠。

（2）HDPE管件焊接的節(jié)點強度超過管件強度，且在振動條件、溫差條件下的延展性更好，不易斷裂或脫節(jié)。

2.3 施工標準設計

由于同層排水系統主要安裝于新建住宅中，需要對既有住宅的施工標準進行規(guī)定，才能夠在批量改造中指導施工。因此，對于排水主干立管做了改造設計（圖6）。另外，為了保障排水管件安裝正確，也需要對常規(guī)管件的安裝方式進行設計限定（表4）。

2.4 小結

通過同層排水改造設計，既有住宅可實現既有空間中衛(wèi)生間布局的徹底改變。為切實落實設計，還需要對重點構件和連接進行深化，并通過管件研發(fā)，實現多項功能并保障連接的可靠性。

3 整體衛(wèi)浴加裝設計

與同層排水系統相似，整體衛(wèi)浴常用于新建住宅、酒店的衛(wèi)生間中，不但能實現較為完善的衛(wèi)浴功能、防水功能，而且可以形成美觀、整潔的空間效果。本次嘗試將其應用在既有住宅改造中，其優(yōu)勢主要有3點。

圖7 在多種潔具配置方案中，最終選擇第一種布局（紅色圓形示意淋浴活動范圍，實線直徑600mm，虛線直徑900mm）

圖8 本項目兩種整體衛(wèi)浴產品體系樣板間的外觀

圖9 整體衛(wèi)浴部品與同層排水安裝連接示意

表5 兩種整體衛(wèi)浴產品體系比較

（1）既有住宅沒有獨立的管井空間，衛(wèi)生間空間中穿插著各種管道，空間完型程度極低，使得本來面積緊張的衛(wèi)生間在觀感上更加局促，而整體衛(wèi)浴可以將管道空間與使用空間隔開，使視覺上更簡潔，衛(wèi)生間“顯得”更寬敞。

（2）整體衛(wèi)浴的防水施工為干法裝配式施工，防水整體性強，施工時間短，也便于更換維修。

（3）在原有設計中，衛(wèi)生間中的各個立管（給水、排水、暖氣等）是通過預埋套管的方式完成的，穿過現澆混凝土樓板，管道穿板的位置經常浸泡在水中，容易發(fā)生銹蝕，導致滲漏或崩裂，而加裝整體衛(wèi)浴“盒子”后，所有管道穿板的位置都變成干燥的環(huán)境，大大提升了管根處的壽命。

3.1 產品選擇與潔具配置

既有住宅空間極為有限，而給水管、排水管、暖氣管等主立管的位置不能改變，潔具布局靈活度極低，在有限的若干種潔具產品的選擇中，還要考慮淋浴等主要活動空間，避免被潔具干擾。仍以“1974年建成住宅的典型戶型”為例，通過與整體衛(wèi)浴廠家的溝通協調，最終確定的布局可以同時滿足用以下要求：滿足給排水連接布局、淋浴活動空間充足、有足夠的臺面用以放置物品、有一面完整的墻面可供用戶掛鏡子（圖7）。

3.2 工序與工藝選擇

本研究為了探索住宅改造中整體衛(wèi)浴產品的應用方式，選用了市場上較為典型的兩類材料與工藝體系，進行樣板間的比較，并且在批量中試中進行了推廣實施（圖8，表5）。

第一種是模壓合成材料（Sheet Molding Compound，SMC）板材體系（涵蓋墻、頂、地），其材料成分是玻璃纖維聚合樹脂，俗稱“玻璃鋼”，該體系采用工廠大型設備，在標準模具中經高溫高壓生產，因此模具制作是該類產品的主要成本。這種材料和工藝在日本SI體系住宅中已經被推廣數十年，目前國內生產工藝成熟，主要用于酒店、病房樓、養(yǎng)老院等空間大量標準化復制的居住類型，已在集合住宅中逐漸推廣。其優(yōu)勢是批量越大，成本越低。

表6 給水用水點類型與安裝方式

圖10 通過Revit模型進行管道碰撞檢查

圖11 頂層室內暖氣干管，限制了吊頂標高（如暖氣管照左圖紅線修改，則衛(wèi)浴盒子凈高可提高100mm）

第二種是仿照傳統衛(wèi)生間的風格，采用飾面瓷磚聚氨酯“反打”①墻板體系，地面采用較薄的玻璃鋼作為防水層（現場加工），墻板間使用水泥勾縫防水。由于其板材生產模式較為靈活，其余工藝均沿襲傳統濕法作業(yè)，現場靈活度較高，因此適合在不同戶型做變化。但是在批量增加情況下，單套造價沒有明顯下降。

3.3 管線、潔具連接深化設計

與同層排水類似，既有住宅安裝整體衛(wèi)浴屬于試點型工法，為了保證工程質量和標準化程度，同時對其他住宅改造起到示范作用，本研究聯合整體衛(wèi)浴施工方，共同編寫了衛(wèi)浴空間所有管線鋪設的指導原則（圖9，表6）。

3.4 小結

整體衛(wèi)浴產品自身具備優(yōu)良的功能與外觀，其安裝采用干法施工，部品與工序規(guī)范，產品質量不依賴瓦工、管工等的手工技藝；由于既有多層住宅戶型類似，衛(wèi)浴空間類型相對集中，因此只要能夠解決整體衛(wèi)浴產品與既有住宅的接口問題，整體衛(wèi)浴產品便具備應用于住宅改造項目中的巨大潛力。

4 批量中試裝配化施工對設計的反饋

4.1 碰撞與工序

在整體衛(wèi)浴產品和同層排水體系應用于住宅改造的設計過程中，建筑師主要負責平面布局設計，再交由廠家進行產品深化。建筑師主要關注、深化的內容是：基準點的選擇是否準確，在現場能否找到實際的點作為參考系；所有深化圖紙的尺寸定位是否準確，尤其是管件連接部位的定位是否合理；通過建模檢查所有部品在空間上是否有沖突，與現有管道、建筑構件是否有沖突（圖10）。

由于整體衛(wèi)浴的安裝和同層排水的管道施工分別由兩批施工人員完成，因此雙方的分界面需要清晰。最終分界面定在所有潔具排水口管道的承插節(jié)處，承插節(jié)及其下游均使用HDPE管材，由同層排水管道施工方安裝，提供給排水、電氣等基礎條件；之后整體衛(wèi)浴廠家技術人員進行安裝，以所有潔具的管道插入HDPE管口，接通所有水電設備為結束。

4.2 工藝與工法

在利用整體衛(wèi)浴進行同層排水改造中，由于建設方、設計方、施工方都沒有采用工業(yè)化部品進行既有住宅改造的完整經驗，因此整個施工環(huán)節(jié)中存在一些工藝不成熟造成的問題。這些問題在樣板間中并未遇到，但在批量中試中出現，其中部分在現場解決，而另外一些則作為教訓，應在今后的同類項目中予以避免。采用工業(yè)化部品進行既有住宅改造施工，在工藝與工法等方面，都反映出較新建住宅更加復雜的因素，需要在實地施工過程中一一解決。

4.2.1 復尺定位問題

盡管批量中試的戶型相同，但各個戶內的現場條件不同，如首層及頂層有無供回暖氣干管，或者因原有墻體施工導致平面尺寸存在偏差，同類戶型不同戶的空間公差在30～50mm范圍內是很正常的。如果按照公差中最大的數值定位整體衛(wèi)浴的部品，會浪費大量的空間，尤其是暖氣管會導致層高壓低。另外，有相當數量的房間還未拆除室內裝修，測量只能以衛(wèi)生間的裝飾面為基準，拆除后尺寸會有變化。

在僅有的可調部件中，對SMC體系的整體衛(wèi)浴確定了2 000mm和2 100mm兩種凈空，稍矮一點的適用于首層、頂層有暖氣干管的；對于瓷磚聚氨酯的整體衛(wèi)浴，由于其墻板可以單獨切割，因此以20mm為梯級，盡可能做大凈高（圖11）。

4.2.2 細部工法問題

工業(yè)化預制的零部件產品本身的精度是相當高的，零件配合程度也相對緊密。出現的精度問題主要是給水管道、電氣管線以及少量未在圖紙中精確定位的零部件（絕大多數為隱蔽項目），工人按經驗進行現場安裝，誤差較大，盡管在一般情況下不會出現使用功能障礙，但會出現因零部件碰撞導致的返工，延誤工程進度（圖12、13）。

圖12 墻板上隨意粘貼的木塊（墻板用于固定螺絲的襯板需工人在現場粘貼，沒有標準的模數，產品的一致性低，容易出現錯誤）

圖13 圖紙設計未考慮到坐便器掛架的掛件位置，導致和電線底盒碰撞

4.3 排水系統與排水坡度的問題

由于改造后使用的時間尚不足兩年，目前反映出的主要是施工安裝中的工藝問題，大部分在前文中已經提到，而涉及到系統缺陷的有兩項。

（1）在同層排水體系進行既有住宅改造中，地漏的排水方式與下層排水有較大不同。在下層排水體系中，地漏直接下排至少300mm高度，然后水平排水進入立管，所以排水速度較快；而在同層排水體系中，地漏首先進行水平管道排水，然后進入旋流器和立管，其初始排水速度較慢，加之為了壓低地面、抬升高度，水平管道基本按照2.6%的坡度做，很難增加排水坡度。這是同層排水的系統性問題之一。

（2）洗衣機排水問題。由于部分用戶習慣使用重力排水的下排水洗衣機，其排水口高度距地面通常僅有50mm，而洗衣機通常是離排水立管口最遠的用水設備，排水橫管從旋流器管口開始按2.6%計算排水坡度，至洗衣機排水口底面大約是60～80mm，因此下排水洗衣機在平置于地面時，排水口會存留一部分污水，造成反臭。墊高洗衣機底盤或選用上排水洗衣機是解決該問題的有效途徑。

5 小結

目前，我國正處于城鄉(xiāng)建設模式轉型階段，粗放型增量建設已經逐步向精明型存量建設轉變。從可持續(xù)發(fā)展的角度考慮“老舊房”的未來，部品尺度的分戶改造將以其更加靈活的優(yōu)勢，在改造項目中先顯示出市場潛力。

隨著產業(yè)化建筑部品在新建建筑中的推廣，這些可進行預制裝配的“工業(yè)品”逐漸滲透到建筑行業(yè)中，并對設計領域產生重大的影響。其品質高、施工快速、標準化程度高的優(yōu)勢同樣可以在既有居住建筑改造領域中發(fā)揮出來。

本文僅以衛(wèi)生間改造為例，而對于戶內各種空間、設施的改造，都可以嘗試采用產業(yè)化建筑部品的裝修與改造方式，“工業(yè)品”與“老舊房”將能碰撞出更多創(chuàng)新的設計火花。

注釋

① “反打”，借用混凝土預制墻板“反打”工藝，即以瓷磚為模板，預制混凝土構件在鋼模板內水平澆筑，成型后自然與瓷磚緊密結合。飾面瓷磚聚氨酯“反打”墻板與此原理相同。

[1] 王健. 經濟新增長點: 老舊小區(qū)更新[J]. 行政管理改革, 2015,(11).

[2] 百度文庫. 北京社區(qū)資源點位表[OL/EB]. [2015-07-03]. https://wenku. baidu.com/view/61e5bc92964bcf84b8d57b37.html.

[3] 日本都市再生機構. UR技術研究所概要[M]. Tokyo: Urban Renaissance Agency Technology Research Institute, 2013.

[4] 清華大學校務組. 20、21、23、24公寓工程廁所、廚房詳圖（建施8改）[R]. 清華大學檔案館74-06, 1974.03.30.

[5] 姜涌, 朱寧, 等. 適用現有建筑改造的旋流器[P]. 北京, CN105113585A. 2015.

朱寧，清華大學建筑學院

姜涌，清華大學建筑學院

王強，清華大學物業(yè)管理中心

劉明正，清華大學建筑學院

2017-03-31

"INDUSTRIALIZED COMPONENT" VS. "OLD BUILDING": DESIGN OF THE TOILET WITH RESEARCH ON PREFAB COMPONENT APPLYING IN THE INDIVIDUAL RETROFITTING OF THE EXISTING APARTMENT BUILDING

The existing multi-story apartment buildings built from 1970s to 1990s, are of a large amount of building stock in central urban area and were constructed with strict regulations, while there are problems of the function, deterioration and maintenance in these aging buildings. By the advantages such as high quality, fast assembly and high standardization applying into the new buildings, the prefab components are expected to match to the standardized stock of apartment buildings, and have potential in application to the retrofitting of the existing apartment buildings. Taking an example of toilet, this paper aims to the design and research on prefab component applying into the individual retrofitting of the existing apartment buildings. The components of same-floor drainage and unit bath are assembled into the existing toilet, and the design is focused on several levels of plan, component, joint and detail. With the construction market changing from new building to the stock building, retrofitting on the scale of components will be more flexible for the individual household and expected to be popularized in the future market.

Retrofitting of Existing Building, Toilet, Building Component, Prefabrication, Construction Design

國家自然科學基金青年項目（項目名稱“性能導向的既有多層住宅分戶微改造技術策略與構造節(jié)點研究”，編號：51508296）；國家自然科學基金面上項目（項目名稱“基于維修數據分析的住宅改造更新技術評價及質量管理研究——以北京高校既有住宅改造實踐為例”，編號：51578300）。